微型高頻雙層振動(dòng)篩在綠色勘查鉆探中的應(yīng)用

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(黑龍江省第五地質(zhì)勘查院，黑龍江 哈爾濱 150090)

0 引言

2017年，我院引進(jìn)英格爾公司EP600PLUS型便攜式全液壓鉆機(jī)，該鉆機(jī)采用薄壁繩索取心鉆進(jìn)工藝，最大優(yōu)點(diǎn)是輕便、快速、占地面積小、安全、環(huán)保。在鉆探施工中受便攜鉆機(jī)泥漿工藝、占地面積的影響，常常簡(jiǎn)化或不設(shè)泥漿循環(huán)和沉淀系統(tǒng)，致使鉆進(jìn)返出泥漿中的無(wú)用固相得不到充分、有效的沉淀，又沒(méi)有配套的便攜式泥漿凈化裝置，泥漿使用一次就需排放掉，浪費(fèi)嚴(yán)重。重復(fù)使用返出的泥漿，易出現(xiàn)鉆桿結(jié)泥皮、巖屑沉淀、憋泵、打撈困難等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了鉆進(jìn)效率。

2018年，黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)局綠色勘查[1]方案實(shí)施，鉆探施工廣泛采用便攜式全液壓鉆機(jī)，使用一種與便攜式全液壓鉆機(jī)配套的低耗、節(jié)水、便攜、環(huán)保的泥漿凈化設(shè)備具有重要意義。

1 泥漿凈化方法分析

泥漿凈化就是清除泥漿中的無(wú)用固相，主要方法有自然沉淀法、稀釋法、替代法、機(jī)械法、化學(xué)絮凝法5種[2]。

1.1 自然沉淀法

鉆孔返出的泥漿流過(guò)有橫隔的循環(huán)槽和沉淀池，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，使較大的固相顆粒沉降下來(lái)的方法。此法需要時(shí)間較長(zhǎng)，粘度較大的泥漿凈化效果不理想。

1.2 稀釋法

稀釋法是用清水或其他較稀的液體來(lái)稀釋鉆孔返出的泥漿，使其固相含量相對(duì)降低。但此法改變了泥漿的原有性能，為保證適宜的性能必須加入適量的處理劑，排出部分泥漿，造成浪費(fèi)，孔內(nèi)也不安全。

1.3 替代法

替代法是利用性能符合要求的泥漿來(lái)替代出一部分固相較高的泥漿，從而減少總的固相含量。此法對(duì)原有泥漿性能影響較小，但存在一定的浪費(fèi)現(xiàn)象，且直接排放對(duì)環(huán)境有影響。

1.4 機(jī)械法

機(jī)械法是通過(guò)振動(dòng)篩[3]、除砂器[4]、除泥器、離心機(jī)[5]等機(jī)械設(shè)備，利用篩分、離心分離、中立分離等原理，將泥漿中的固相成分按顆粒、密度大小不同而分離開(kāi)，根據(jù)需要進(jìn)行取舍，以達(dá)到控制固相的目的。此法固控效果好，在鉆探生產(chǎn)中廣泛使用。

1.5 化學(xué)方法

化學(xué)法是利用不分散體系泥漿或絮凝劑來(lái)控制固相，使之不分散或絮凝。此法不易控制，成本也較高[6]。

2 泥漿凈化方法選擇

鉆探施工中，大部分機(jī)臺(tái)主要采用長(zhǎng)循環(huán)槽、多沉淀池的自然沉淀法凈化泥漿。少數(shù)機(jī)臺(tái)采用振動(dòng)篩、除砂器、離心機(jī)等成套的機(jī)械法凈化泥漿。成套的凈化設(shè)備成本高、占地面積大、功率大，需要配備大功率的發(fā)電機(jī)。上述方法不符合綠色勘查節(jié)地、節(jié)能、快速、高效、綠色環(huán)保的要求[7-9]。

分析上述5種凈化方法，認(rèn)為機(jī)械法中的振動(dòng)篩固控效果好、成本較低[10]。筆者受豆腐坊豆?jié){和豆腐渣分離的啟發(fā)，發(fā)現(xiàn)與泥漿固相凈化原理一樣，便產(chǎn)生了使用微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩凈化泥漿的想法。經(jīng)過(guò)綜合對(duì)比，選用了DH800微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩，來(lái)凈化泥漿中的固相含量，以實(shí)現(xiàn)便攜式全液壓鉆機(jī)綠色勘查、節(jié)約水資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。

3 微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩

3.1 微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩工作原理

微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩由直立式電機(jī)作為激振源，將電機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗?、垂直、傾斜的三次元運(yùn)動(dòng)，再把這個(gè)運(yùn)動(dòng)傳遞給傾斜角為15°～25°度的篩面。高頻率的振動(dòng)破壞了泥漿表面的張力，致使流經(jīng)篩面泥漿中的固相顆粒在篩面的振動(dòng)下產(chǎn)生拋射與回落，同時(shí)向傾斜上方運(yùn)動(dòng)。固相顆粒的拋射與下落都對(duì)篩面有沖擊，加速了小于篩面孔徑的固液混合的泥漿通過(guò)篩孔落到下層，成為篩下物，大于篩面孔徑的固相顆粒經(jīng)連續(xù)跳躍運(yùn)動(dòng)后，從排料口排出，完成一次凈化泥漿的工作。

泥漿凈化一般選用雙層圓形高頻振動(dòng)篩，上層篩網(wǎng)目數(shù)較粗，下層篩網(wǎng)目數(shù)較細(xì)，可根據(jù)泥漿性能或固相含量調(diào)整。

3.2 微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)

微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)如圖1所示,實(shí)物見(jiàn)圖2。

圖1 微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Structure sketch of miniature high frequencydouble-layer screen shaker

圖2 微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩實(shí)物Fig.2 Physical miniature high frequency double-layer screen shaker

3.3 微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩性能參數(shù)

DH800微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩主要性能參數(shù)為：功率0.55 kW，篩網(wǎng)直徑760 mm，激振力2500 N，振頻1500 min/次，外形尺寸80 cm×80 cm×98 cm(長(zhǎng)×寬×高)，質(zhì)量50 kg，篩網(wǎng)目數(shù)20～400目。

3.4 微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩特點(diǎn)

(1)體積小、質(zhì)量輕,移動(dòng)方便，高度可自由調(diào)節(jié)。

(2)振動(dòng)頻率高，雙層設(shè)計(jì)，對(duì)于泥漿過(guò)篩凈化效果明顯。

(3)結(jié)構(gòu)緊湊，堅(jiān)固耐用，安裝方便，利于觀察工作狀況。

(4)網(wǎng)面傾斜角可調(diào)，提高了網(wǎng)面的利用率，增加了處理量。

(5)排砂、換網(wǎng)和清洗更加快捷、方便，工作效率高、強(qiáng)度低。

(6)節(jié)能型電機(jī)設(shè)計(jì)，能耗小，噪聲低，安全可靠。

4 生產(chǎn)試驗(yàn)情況

2018年8-9月，微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩在野外便攜式全液壓鉆機(jī)機(jī)臺(tái)進(jìn)行了60多次現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中，首先選用100、150、200目單層篩網(wǎng)進(jìn)行泥漿凈化的試驗(yàn)，然后選用150目+200目、200目+300目、200目+400目雙層篩網(wǎng)進(jìn)行泥漿凈化的試驗(yàn)。

通過(guò)ANY-1 型泥漿測(cè)試儀、ZNS-1型泥漿失水儀測(cè)量記錄了50多組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，送往專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室分析檢測(cè)20件樣品，檢測(cè)分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

5 試驗(yàn)結(jié)論

經(jīng)過(guò)野外試驗(yàn)，數(shù)據(jù)測(cè)量整理，化驗(yàn)室檢測(cè)分析，得出以下結(jié)論：

(1)微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩體積小、質(zhì)量輕、能耗低、價(jià)格便宜，凈化效果較好，適合便攜式全液壓鉆機(jī)在綠色勘查項(xiàng)目中的應(yīng)用。

(2)從試驗(yàn)結(jié)果看，使用200目+400目的雙層篩網(wǎng)凈化效果更好些，但經(jīng)常糊網(wǎng)，凈化量為1 t/h，凈化效率較低。200目+300目雙層篩網(wǎng)的凈化量達(dá)到了4 t/h，效率很高，凈化效果相差不大。因此，在生產(chǎn)中建議使用200目+300目雙層篩網(wǎng)，凈化效率高，效果也不錯(cuò)。

(3)凈化后的漿液可重新調(diào)配使用，節(jié)約了水資源，降低了泥漿成本，有效緩解了供水、拉水困難地區(qū)的施工用水問(wèn)題。

表1 泥漿凈化試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Mud purification test results

(4)廢漿液經(jīng)過(guò)微型高頻雙層振動(dòng)篩凈化，析出的固相物質(zhì)就地掩埋，處理后的液體再排放，減少了對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，起到了環(huán)保的作用。

6 結(jié)語(yǔ)

微型高頻雙層圓形振動(dòng)篩在便攜式全液壓鉆機(jī)中的應(yīng)用研究，為便攜式全液壓鉆機(jī)在綠色勘查施工中，節(jié)約水資源、廢棄漿液的環(huán)保處理等方面提供了參考。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展考慮，便攜式全液壓鉆機(jī)的泥漿凈化、排放處理問(wèn)題，關(guān)乎綠色勘查、環(huán)境保護(hù)，意義重大，應(yīng)研制專(zhuān)門(mén)適應(yīng)于綠色勘查的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)適用、凈化效果更強(qiáng)的泥漿凈化設(shè)備。